Das Phänomen, dass die Flussdichte B der Magnetisierungskraft H in einem magnetischen Material hinterherhinkt, wird als magnetische Hysterese bezeichnet. Das Wort Hysterese leitet sich vom griechischen Wort Hysterein ab und bedeutet „zurückbleiben“.
In anderen Worten, wenn das magnetische Material zuerst in einer Richtung und dann in der anderen Richtung magnetisiert wird, wodurch ein Magnetisierungszyklus abgeschlossen wird, stellt man fest, dass die Flussdichte B der angelegten Magnetisierungskraft H hinterherhinkt.
Es gibt verschiedene Arten von magnetischen Materialien wie paramagnetische, diamagnetische, ferromagnetische, ferromagnetische und antiferromagnetische Materialien. Ferromagnetische Materialien sind hauptsächlich für die Entstehung der Hystereseschleife verantwortlich.
Wenn das Magnetfeld nicht angelegt ist, verhält sich das ferromagnetische Material wie ein paramagnetisches Material. Das bedeutet, dass die Dipole des ferromagnetischen Materials in der Anfangsphase nicht ausgerichtet sind, sondern zufällig angeordnet sind.
Sobald das Magnetfeld an das ferromagnetische Material angelegt wird, richten sich seine Dipolmomente in eine bestimmte Richtung aus, wie in der obigen Abbildung gezeigt, was zu einem viel stärkeren Magnetfeld führt.
Inhalt:
- Restmagnetismus
- Koerzitivkraft
- Weichmagnetisches Material
- Hartmagnetisches Material
- Anwendungen der magnetischen Hysterese
Um das Phänomen der magnetischen Hysterese zu verstehen, betrachte man einen Ring aus magnetischem Material, der gleichmäßig mit einer Magnetspule umwickelt ist. Die Magnetspule ist über einen zweipoligen Umschalter an eine Gleichstromquelle angeschlossen, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:
Anfänglich befindet sich der Schalter in Stellung 1. Durch Verringern des Wertes von R nimmt der Strom in der Magnetspule allmählich zu, was zu einer allmählichen Zunahme der Feldstärke H führt, die Flussdichte nimmt ebenfalls zu, bis sie den Sättigungspunkt a erreicht und die erhaltene Kurve „oa“ ist. Die Sättigung tritt ein, wenn sich bei Erhöhung des Stroms das Dipolmoment oder die Moleküle des Magnetmaterials in eine Richtung ausrichten.
Wenn man nun den Strom in der Magnetspule auf Null verringert, wird die Magnetisierungskraft allmählich auf Null reduziert. Aber der Wert der Flussdichte wird nicht Null sein, da er immer noch den Wert ‚ob‘ hat, wenn H=0 ist, so dass die erhaltene Kurve ‚ab‘ ist, wie in der Abbildung unten gezeigt. Dieser Wert ‚ob‘ der Flussdichte ist auf den Restmagnetismus zurückzuführen.
Restmagnetismus
Der Wert der Flussdichte ob, der vom magnetischen Material zurückgehalten wird, wird als Restmagnetismus bezeichnet, und die Fähigkeit, ihn zurückzuhalten, ist als Retentivität des Materials bekannt.
Um nun den Magnetring zu entmagnetisieren, wird die Position des D.P.D.T.-Umkehrschalters auf Position 2 geändert und damit die Richtung des Stromflusses in der Magnetspule umgekehrt, was zu einer umgekehrten Magnetisierungskraft H führt.
Wenn H in umgekehrter Richtung erhöht wird, beginnt die Flussdichte zu sinken und wird Null (B=0) und die oben gezeigte Kurve folgt dem Pfad bc. Der Restmagnetismus des Materials wird entfernt, indem die Magnetisierungskraft, die als Koerzitivkraft bezeichnet wird, in die entgegengesetzte Richtung aufgebracht wird.
Koerzitivkraft
Der Wert der Magnetisierungskraft oc, der erforderlich ist, um den Restmagnetismus ob auszulöschen, wird als Koerzitivkraft bezeichnet, die in der oben dargestellten Hysteresekurve rosa dargestellt ist.
Um nun die Hystereseschleife zu vervollständigen, wird die Magnetisierungskraft H in umgekehrter Richtung weiter erhöht, bis sie den Sättigungspunkt d erreicht, aber in negativer Richtung, die Kurve zeichnet den Weg cd. Der Wert von H wird auf Null reduziert H=0 und die Kurve erhält den Pfad de, wobei oe der Restmagnetismus ist, wenn die Kurve in negativer Richtung verläuft.
Die Position des Schalters wird von Position 2 wieder auf 1 geändert und der Strom in der Magnetspule wird wieder erhöht, wie es im Magnetisierungsprozess geschehen ist, und dadurch wird H in positiver Richtung erhöht, wobei der Pfad als ‚efa‘ gezeichnet wird, und schließlich ist die Hystereseschleife vollständig. In der Kurve wiederum ist „of“ die Magnetisierungskraft, auch bekannt als die Koerzitivkraft, die erforderlich ist, um den Restmagnetismus „oe“ zu entfernen.
Hier wird die gesamte Koerzitivkraft, die erforderlich ist, um den Restmagnetismus in einem vollständigen Zyklus zu beseitigen, mit „cf“ bezeichnet. Aus den obigen Ausführungen wird deutlich, dass die Flussdichte B immer hinter der Magnetisierungskraft H zurückbleibt. Daher wird die Schleife ‚abcdefa‘ als magnetische Hystereseschleife oder Hysteresekurve bezeichnet.
Magnetische Hysterese führt zur Dissipation von verschwendeter Energie in Form von Wärme. Die verschwendete Energie ist proportional zur Fläche der magnetischen Hystereseschleife. Es gibt hauptsächlich zwei Arten von magnetischem Material, weichmagnetisches Material und hartmagnetisches Material.
Weichmagnetisches Material
Das weichmagnetische Material hat eine enge magnetische Hystereseschleife, wie in der Abbildung unten gezeigt, die eine geringe Menge an abgeleiteter Energie aufweist. Sie bestehen aus Materialien wie Eisen, Siliziumstahl usw.
- Es wird in Geräten verwendet, die magnetische Wechselfelder benötigen.
- Es hat eine geringe Koerzitivfeldstärke.
- Niedrige Magnetisierung
- Niedrige Remanenz
Hartmagnetisches Material
Das hartmagnetische Material hat eine breitere Hystereseschleife, wie in der Abbildung unten gezeigt, und führt zu einem großen Energieverlust und der Entmagnetisierungsprozess ist schwieriger zu erreichen.
- Es hat eine hohe Remanenz
- Hohe Koerzitivkraft
- Hohe Sättigung
Anwendungen der magnetischen Hysterese
- Magnetisches Material mit einer breiteren Hystereseschleife wird in Geräten wie Magnetbändern verwendet, Festplatten, Kreditkarten und Tonaufnahmen verwendet, da ihr Speicher nicht so leicht gelöscht werden kann.
- Magnetische Materialien mit einer engen Hystereseschleife werden als Elektromagnete, Solenoide, Transformatoren und Relais verwendet, die eine minimale Energieabgabe erfordern.